【正文】 加熱器等功能集成到一個芯片上，其內部結構如圖 所示。該芯片包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉換成電信號，該電信號首先進入微弱信號放大器進行放大；然后進入一個 14 位的 A／D 轉換器；最后經過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。SHT11 在出廠前，都會在恒濕或恒溫環(huán)境中進行校準，校準系數(shù)存儲在校準寄存器中；在測量過程中，校準系數(shù)會自動校準來自傳感器的信號。此外，SHT11 內部還集成了一個加熱元件，加熱元件接通后可以將 SHT11 的溫度升高 5℃左右，同時功耗也會有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個傳感器元件的性能。在高濕(95％RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預防傳感器結露，同時縮短響應時間，提高精度。加熱后 SHT11 溫度升高、相對濕度降低，較加熱前，測量值會略有差異。圖 SHT11 內部結構圖其測量原理是首先利用兩只傳感器分別產生相對濕度、溫度的信號，然后經過放大，分別送至A/D 轉換器進行模數(shù)轉換、校準和糾錯，最后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至單片機，再利用單片機完成非線性補償和溫度補償。 內部命令與接口時序（1）二線串行接口二線串行接口包括串行時鐘線(SCK)和串行數(shù)據(jù)線(DATA)。SCK用來接收PC(主機)發(fā)送來的串行時鐘信號，使SHT11與主機保持同步。DATA為三態(tài)引出端，既可以輸入數(shù)據(jù)，亦可輸出測量數(shù)據(jù)，不用時呈高阻態(tài)。僅當DATA的下降沿過后且SCK處于上升沿時刻，才能更新數(shù)據(jù)。為了使數(shù)據(jù)信號為高電平，在數(shù)據(jù)線與VDD端之間需接一只10kΩ上拉電阻。該上拉電阻通常已包含在單片機的I/O 接口電路中。串行時鐘最低頻率沒有限制，芯片可在極低頻率下工作。需要指出的是，該二線串行接口與I 2C總線不兼容。 SHT11的命令集命令 代 碼保留 0000X測量溫度 00011測量溫度 00101讀狀態(tài)寄存器 00111寫狀態(tài)寄存器 00110保留 0101X~1110X利用程序將芯片軟復位，清除狀態(tài)寄存器中的錯誤值，下一條命令之前等待至少11ms 11110⑵傳輸開始傳輸開始時，需要有一組“啟動傳輸”時序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?，具體包括：當 SCK 是高電平時，DATA 由高電平變?yōu)榈碗娖?，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖?，隨后在下一個 SCK 為高時將 DATA升高。接著傳輸開始下一個命令包含三個地址位(目前只支持 “000”)和 5 個命令位，通過 DATA 腳的 ACK 位處于低電位表示 SHT11 正確收到命令。如圖 所示。圖 SHT11“傳輸開始”命令時序(3) 通訊復位時序如果與 SHT11 傳感器的通訊中斷，下列信號順序會使串口復位：當使 DATA 線處于高電平時，觸發(fā) SCK9 次以上 (含 9 次)，并發(fā)一個前述的“傳輸開始” 命令。如圖 所示。圖 SHT11 通訊復位時序 (4) 溫濕度測量時序當發(fā)出了溫(濕)度測量命令后，控制器就要等到測量完成后才開始動作。使用 8/12/14 位的分辨率測量分別需要大約 11/55/210ms。為表明測量完成， SHT11 會使 DATA 為低電平，此時控制器必須重新啟動 SCK，然后 SHT11 傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)與 1 字節(jié) CRC 校驗和到控制器，控制器必須通過使 DATA 為低來確認每一字節(jié)，所有的數(shù)據(jù)從 MSB 開始，右值有效。通訊在確認 CRC 數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用 CRC8 校驗和，則控制器就會在測量數(shù)據(jù) LSB 后，保持 ACK 為高時停止通訊，SHT11 在測量和通訊完成之后會自動返回睡眠模式。需要注意的是，為使 SHT11 溫升高低于 ℃，則此時工作頻率不能大于 15%(如:12 位精確度時，每秒最多進行 3 次測量)。測量溫度和測量濕度命令所對應的時序如圖 所示。圖 測量溫度和測量濕度命令（5）狀態(tài)寄存器從表39中我們可以得知，SHT11 還包括了一個狀態(tài)寄存器。通過對其讀寫可以實現(xiàn)一些高級功能。表 狀態(tài)寄存器的功能BIT 類型 說明 上電后默認的值7 —— 預留 0 ——6 只讀位 低電壓檢測 ——5 —— 預留 0 ——4 —— 預留 0 ——3 —— 僅供測試，不使用 0 ——2 讀/寫位 接通或關斷加熱器 0 關斷加熱器1 讀/寫位 是否重新給OTP加載 0 加載0 讀/寫位 0對應12位濕度/14位濕度，1對應8位濕度/12位濕度0 選擇 12 位濕度/14位濕度默認的測量分辨率分別為 14bit 溫度、12bit 濕度，也可分別降至 12bit 和 8bit。通常在高速或超低功耗的應用中采用該功能。電量不足功能可監(jiān)測到 Vdd 電壓低于 的狀態(tài)。精度為 。芯片上集成了一個可通斷的加熱元件。接通后，可將 SHT11 的溫度提高大約 5 度。功耗增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個傳感器元件的性能。在高濕環(huán)境中，加熱傳感器可預防結露，同時縮短響應時間，提高精度。循環(huán)冗余校驗碼寄存器簡稱 CRC 寄存器，它通過計算一個多項式(X 8+X5+X4+1)之和來判定測量過程中是否發(fā)生錯誤:在傳輸數(shù)據(jù)期間所發(fā)生的任何奇數(shù)錯誤或偶數(shù)錯誤；任何一個數(shù)據(jù)位的錯誤或更大數(shù)據(jù)組的錯誤。一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，SHT11 就重新設置(命令為 0001110)，再次進行測量。用戶利用 CRC 可以核實數(shù)據(jù)傳輸是否正確。 溫度和濕度值的計算（1）濕度線性補償SHT11可通過 DATA 數(shù)據(jù)總線直接輸出數(shù)字量濕度值。該濕度值稱為“相對濕度”，需要進行線性補償和溫度補償后才能得到較為準確的濕度值。由于相對濕度數(shù)字輸出特性呈一定的非線性，因此為了補償濕度傳感器的非線性， 可按下式修正濕度值：RHlinear = C1+C2SORH+C3SORH2 （51）式中: RH linear為經過線性補償后的濕度值，SO RH為相對濕度測量值， CCC3為線性補償系數(shù)。表 濕度線性補償系數(shù)SORH C1 C2 C312Bit 4 1068Bit 4 104由于溫度對濕度的影響十分明顯，而實際溫度和測試參考溫度25℃有所不同，所以對線性補償后的濕度值進行溫度補償很有必要。補償公式如下: RHtrue =(T25)(t1+t2SORH)+RHlinear （52）式中: RH true為經過線性補償和溫度補償后的濕度值，T為測試濕度值時的溫度(℃)，t1和t2為溫度補償系數(shù)。 濕度值溫度補償系數(shù)SORH t1 t212Bit 8Bit （2）溫度傳感器的補償溫度傳感器的讀數(shù)值M也呈非線性，必須代入下式才能計算出被測溫度值T(℃)：T=d1+d2M （ 53）式中：d1和d2為特定系數(shù)，d1的取值與 SHT11工作電壓有關，d2的取值則與SHT11內部A/D轉換器采用的分辨率有關。表 512 dd 2值的選擇溫度數(shù)據(jù)位數(shù)14 Bit 40 12Bit 40 溫濕度測量電路設計該部分功能在 CAN 發(fā)送節(jié)點上實現(xiàn)，系統(tǒng)通過 AT89S51 單片機與 SHT11 連接測量溫濕度值，連接時僅需要兩條口線即可實現(xiàn)微處理器 SHT11 的雙向通訊，在使用中不需要任何外圍元件，硬件接口電路非常簡單。需要注意的地方是：DATA 數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時鐘線 SCK 用于微處理器和 SHT11 之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對 SCK 最低頻率沒有要求；當工作電壓高于 時，SCK 頻率最高為 10 MHz，而當工作電壓低于 V 時，SCK 最高頻率則為 1 MHz。被測溫度值通過編程可實現(xiàn) 9～12 位的數(shù)字方式串行輸出，測溫范圍大、精度高。當使用總線寄生供電時，供電端必須接地，同時總線口在空閑的時候必須保持高電平，以便對傳感器充電。二者通過串行總線進行通信。C 為電源去藕電容，其取值為 。其中，相對濕度的測量范圍是 0100%，測量精度為士 2%RH，分辨力為 %RH。溫度測量范圍是40℃～+℃，側量精度為士 1℃，分辨力為士 ℃。露點測量精度士 1℃，分辨力也是士 ℃。電路如如圖 所示，根據(jù) SHT11 說明，電容 C3 選取 10000pF，其濾除電源干擾的作用，使測得的數(shù)據(jù)更精確。 顯示模塊 液晶顯示模塊結構特點液晶（Liquid Crystal）是一種高分子材料，因為其特殊的物理、化學、光學特性，20 實際中葉開始廣泛用在輕薄型顯示器上。液晶顯示器（Liquid Crystal Display ，LCD）的主要原理是以電流刺激液晶分子產生點、線、面并配合背部燈管構成畫面。為敘述方便，通常把各種液晶顯示器都直接叫做液晶。在日常生活中，我們對液晶顯示器也并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產品的通用器件，在很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，液晶屏顯示模塊與數(shù)碼管相比，它顯得更為專業(yè)、漂亮。液晶顯示屏以其低功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧、操作簡單等諸多優(yōu)點，在通訊、智能儀器儀表、電圖 溫濕度采集電路子設備、家用電器等低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用，使這些電子設備的人機界面變得越來越直觀形象，目前已廣泛應用于電子表、計算器、IC 卡電話機、液晶電視機、便攜式電腦、掌上型電子玩具、復印機、傳真機等許多方面。本設計使用的液晶模塊是 LCM1602 字符型液晶模塊，它是目前儀器儀表中使用最為廣泛的液晶屏之一。該液晶為 5V 電壓驅動，帶背光，可顯示兩行，每行 16 個字符，不能顯示漢字，內置128 個字符的 ASCⅡ字符集字庫，只有并行接口，無串行接口。其尺寸和引腳如下圖 所示。圖 尺寸和引腳1602 型液晶接口信號說明如表 所示：表 1602 液晶屏引腳符號與定義編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)口2 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù)口3 VO 對比度調節(jié)端 11 D4 數(shù)據(jù)口4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù)口5 R/W 讀寫選擇端 13 D6 數(shù)據(jù)口6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù)口7 D0 數(shù)據(jù)口 15 BLA 背光電源正極8 D1 數(shù)據(jù)口 16 BLK 背光電源負極：電源正極，－，通常使用 5V 電壓；VL：LCD 對比度調節(jié)端，電壓調節(jié)范圍為 0－5V 。接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，但對比度過高時會產生“鬼影”，因此通常使用一個 10K 的電位器來調整對比度，或者直接串接一個電阻到地；RS：MCU 寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。MCU 要寫入指令時，使 RS 為低電平；MCU 要寫入數(shù)據(jù)時，使 RS 為高電平；R/W：讀寫控制端。R/W 為高電平時，讀取數(shù)據(jù)；R/W 為低電平時，寫入數(shù)據(jù)；E：LCD 模塊使能信號控制端。寫數(shù)據(jù)時，需要下降沿觸發(fā)模塊。D0－D7：8 位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果 MCU 的 I/O 口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4 位數(shù)據(jù)線 D4－D7 接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用 4 位數(shù)據(jù)傳送方式；BLA：LED 背光正極。需要背光時，BLA 串接一個限流電阻接 VDD，BLK 接地，實測該模塊的背光電流為 50mA 左右；BLK：LED 背光地端。1602 液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。液晶模塊內部的控制器共有 11 條控制指令，如表 514 所示。 （說明： 1 為高電平、0 為低電平）表 514 1602 液晶模塊指令表 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 顯示開/關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光標或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *6 置功能 0 0 0 0 0 DL N F * *7 置字符發(fā)生存儲器址 0 0 0 1 字符發(fā)生存儲器地址（AGG）8 置數(shù)據(jù)存儲器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存儲器地址（ADD）9 讀忙標志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址（AC）10 寫數(shù)據(jù)到 CGRAM 或DDRAM1 0 要寫的數(shù)據(jù)11 從 CGRAM 或 DDRAM讀數(shù)1 1 讀出的數(shù)據(jù)指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標復位到地址 00H 位置指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H指令 3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效指令 4：顯示開關控制。D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標指令 6：功能設置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平